Fale mechaniczne, akustyka.

1. Wyjaśnij pojęcia: fala podłużna, fala poprzeczna, powierzchnia falowa, czoło fali, fala spójna, natężenie fali, poziom natężenia fali, dyfrakcja fali, interferencja fal spójnych, fala stojąca.

2. Odległości między grzbietami fal na morzu wynoszą około 15 [m]. Z jaką prędkością rozchodzą się fale, jeżeli uderzają o brzeg 12 razy na minutę?

3. Podaj amplitudę, częstotliwość, długość fali i prędkość rozchodzenia się poprzecznej fali o równaniu w układzie SI: y=0,05 sin 800π(t-0,005x). Jak jest maksymalna wartość prędkości poprzecznej cząsteczek ośrodka drgającego w tej fali.

4. W rurze Quincke'go (rura otwarta na obydwu końcach ustawiona pionowo i zanurzona w cieczy) pierwsze wzmocnienie fali powstaje dla odległości 22 [cm] licząc od brzegu rury do powierzchni cieczy w sytuacji, gdy nad rurą umieszczono drgający kamerton o częstotliwości 440[Hz], a do rury wprowadzono pewien gaz. Oblicz prędkość fali dźwiękowej w gazie. Na jaką wysokość ponad powierzchnię cieczy trzeba wyjąć rurę, aby usłyszeć kolejne wzmocnienia dźwięku?

Uwaga: W zadaniach poniżej przyjmij, że prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340 [m/s]

5. Oblicz prędkość fali dźwiękowej w metalu, wiedząc, że w rurze Kundta metalowy pręt drgający miał długość 1,2 [m], a węzły fali dźwiękowej w powietrzu wewnątrz rury odległe były o 8 [cm].

6. Jaką długość miałby gwizdek (piszczałka zamknięta), który wydawałby dźwięk o częstotliwości, na którą ucho ludzkie jest najbardziej czułe (f=3 kHz).

7. Stalowa struna umocowana na dwóch końcach (np. w gitarze) wydaje dźwięk o częstotliwości podstawowej 500[Hz]. O ile procent należałoby skrócić strunę (np. poprzez przyciśnięcie ją na którymś z tzw. progów), jeżeli chcemy, aby przy nie zmienionym naciągu, struna wydawała dźwięk o częstotliwości o 25 % większej?

8. a) Z jaką prędkością i w którą stronę porusza się źródło dźwięku, jeżeli obserwator odebrał dźwięk o 5% wyższy aniżeli będąc w spoczynku.

b) Jaką wartość powinna mieć prędkość obserwatora, aby przy nieruchomym źródle odebrał on dźwięk o częstotliwości wyższej również o 5 %.

c) O ile procent niższy dźwięk odbierze nieruchomy obserwator, jeżeli źródło dźwięku z zad. 7 będzie poruszać się w przeciwną stronę niż za pierwszym razem?

9. Przy przejeździe kolejowym stoi obserwator, względem, którego przejeżdża lokomotywa wydająca dźwięk o częstotliwości f. Narysuj wykres zależności częstotliwości dźwięku zarejestrowanego przez obserwatora od czasu.

10. Jaką minimalną moc może zarejestrować ludzkie ucho, jeżeli powierzchnia czynna ucha wynosi 5 [cm²], a natężenie progu słyszalności dla 1 [kHz] wynosi 10^-12]W/m²].

11. Pewien dźwięk słyszymy raz z odległości 10 [m], a drugi raz z odległości 30 [m] od punktowego źródła dźwięku. Ile razy natężenie dźwięku słyszanego w pierwszym przypadku jest większe od natężenia w drugim przypadku?

12. Ile razy natężenie dźwięku o poziomie 90 dB jest większe od natężenia dźwięku o poziomie natężenia 40 dB?

13. Stojąc w odległości 20 [m] od głośników podczas koncertu stwierdzasz, że poziom natężenia dźwięku jest zbyt duży (np. jest to próg bólu 120 dB). Na jaką odległość powinieneś się odsunąć od głośników, aby poziom natężenia w stosunku do poprzedniego był mniejszy o 30 dB (czyli równy np. fortissimo orkiestry)?

14. Dwa źródła drgające w przeciwfazach wysyłają ciągi fal akustycznych o długości 3,4 cm. Czy w punkcie odległym odpowiednio o 10 m od jednego źródła i 9,915 m od drugiego źródła nastąpi max. wzmocnienie czy wygaszenie dźwięku?

2	3 m/s	5	5100 m/s	8	16,2 m/s, 17 m/s, 4,6%	12	10^5
3	5 cm, 400 Hz, 0,5 m, 200 m/s, 125,6 m/s	6	2,83 cm	10	5*10^-16W	13	632 m
4	387,2 m/s, 66 cm	7	20%	11	9	14

---